變頻器發(fā)展凸現(xiàn)六面
變頻器是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的功率變換器.當(dāng)今的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是包含多種學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域,總的發(fā)展趨勢(shì)是:驅(qū)動(dòng)的交流化,功率變換器的高頻化,控制的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化.因此,變頻器作為系統(tǒng)的重要功率變換部件,提供可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發(fā)展.
  經(jīng)歷大約30年的研發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐,隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及控制技術(shù)的發(fā)展,變頻器的性能價(jià)格比越來(lái)越高,體積越來(lái)越小,而廠家仍然在不斷地提高可靠性實(shí)現(xiàn)變頻器的進(jìn)一步小型輕量化、高性能化和多功能化以及無(wú)公害化而做著新的努力.變頻器性能的優(yōu)劣,一要看其輸出交流電壓的諧波對(duì)電機(jī)的影響,二要看對(duì)電網(wǎng)的諧波污染和輸入功率因數(shù),三要看本身的能量損耗(即效率)如何?這里僅以量大面廣的交—直—交變頻器為例,闡述它的發(fā)展趨勢(shì):
  1、主電路功率開關(guān)元件的自關(guān)斷化、模塊化、集成化、智能化,開關(guān)頻率不斷提高,開關(guān)損耗進(jìn)一步降低.
  2、變頻器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面:
  變頻器的網(wǎng)側(cè)變流器對(duì)低壓小容量的裝置常采用6脈沖變流器,而對(duì)中壓大容量的裝置采用多重化12脈沖以上的變流器.負(fù)載側(cè)變流器對(duì)低壓小容量裝置常采用兩電平的橋式逆變器,而對(duì)中壓大容量的裝置采用多電平逆變器.對(duì)于四象限運(yùn)行的傳動(dòng),為實(shí)現(xiàn)變頻器再生能量向電網(wǎng)回饋和節(jié)省能量,網(wǎng)側(cè)變流器應(yīng)為可逆變流器,同時(shí)出現(xiàn)了功率可雙向流動(dòng)的雙PWM變頻器,對(duì)網(wǎng)側(cè)變流器加以適當(dāng)控制可使輸入電流接近正弦波,減少對(duì)電網(wǎng)的公害.目前,低、中壓變頻器都有這類產(chǎn)品.
  3、脈寬調(diào)制變壓變頻器的控制方法可以采用正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)控制、消除指定次數(shù)諧波的PWM控制、電流跟蹤控制、電壓空間矢量控制(磁鏈跟蹤控制).
  4、交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)整控制方法的進(jìn)展主要體現(xiàn)在由標(biāo)量控制向高動(dòng)態(tài)性能的矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制發(fā)展和開發(fā)無(wú)速度傳感器的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)方面.
  5、微處理器的進(jìn)步使數(shù)字控制成為現(xiàn)代控制器的發(fā)展方向:運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是快速系統(tǒng),特別是交流電動(dòng)機(jī)高性能的控制需要存儲(chǔ)多種數(shù)據(jù)和快速實(shí)時(shí)處理大量信息.近幾年來(lái),國(guó)外各大公司紛紛推出以DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)為基礎(chǔ)的內(nèi)核,配以電機(jī)控制所需的外圍功能電路,集成在單一芯片內(nèi)的稱為DSP單片電機(jī)控制器,價(jià)格大大降低,體積縮小,結(jié)構(gòu)緊湊,使用便捷,可靠性提高.DSP和普通的單片機(jī)相比,處理數(shù)字運(yùn)算能力增強(qiáng)10~15倍,以確保系統(tǒng)有更優(yōu)越的控制性能.
  數(shù)字控制使硬件簡(jiǎn)化,柔性的控制算法使控制具有很大的靈活性,可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律,使現(xiàn)代控制理論在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí),易于與上層系統(tǒng)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,便于故障診斷加強(qiáng)保護(hù)和監(jiān)視功能,使系統(tǒng)智能化(如有些變頻器具有自調(diào)整功能).
  6、交流同步電動(dòng)機(jī)已成為交流可調(diào)傳動(dòng)中的一顆新星,特別是永磁同步電動(dòng)機(jī),電機(jī)獲得無(wú)刷結(jié)構(gòu),功率因數(shù)高,效率也高,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速嚴(yán)格與電源頻率保持同步.同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)有他控變頻和自控變頻兩大類.自控變頻同步電機(jī)在原理上和直流電機(jī)極為相似,用電力電子變流器取代了直流電機(jī)的機(jī)械換向器,如采用交—直—交變壓變頻器時(shí)叫做“直流無(wú)換向器電機(jī)”或稱“無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)(BLDC)”.傳統(tǒng)的自控變頻同步機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有轉(zhuǎn)子位置傳感器,現(xiàn)正開發(fā)無(wú)轉(zhuǎn)子位置傳感器的系統(tǒng).同步電機(jī)的他控變頻方式也可采用矢量控制,其按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制比異步電機(jī)簡(jiǎn)單.